《现代通信技术》实验报告一

信息与通信工程学院现代通信技术实验报告

题目：现代通信之我见

班级：2008

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日期：2011年4月

一、前言

通信是什么？通信意味着什么？怎样通信？这些概略而深刻的问题是以前不曾仔细思考过的，或者说没有独立地去思考过。通信专业将近三年的学习，累积了一定的学科基础，虽然课程的知识都是互通联系的，但没有经过思考和整合的知识却像是一盘散沙，支离破碎。现代通信技术课程试图呈现给我们一幅现代通信的完整画卷，引导我们去思考通信，思考她的历史和发展，思考她组成和结构，思考她的高效与精致。

信息因为交流和分享而传播，因为传播和扩散而更有价值。信息的传递受到时间和空间的制约，常常并非易事。通信的诞生源于信息和交流的需求，克服的主要问题是时间和空间的限制，主要表现在压缩信息交流的时间，突破信息传递的空间阻隔。因而高容量和长距离一直是通信人所孜孜追求的目标，高容量意味着短时间内传输大量的信息，长距离意味着全球的互通互联。

我一直在心中勾勒着一幅未来通信的图景：借助高效可靠大带宽的传输媒质，传输容量不再受限；借助有线或者无线的手段，达到随时随地、任意物体和方式发布和获取感兴趣的信息；通信成为一种日常的需求和存在，每个人拥有个性化的通信服务。作为一个通信人，我对未来充满想象也满怀希望，我们正在想着梦想的目标一步步迈进。而这一步步的阶梯，就是现代通信技术的发展，蓬勃而充满活力。光媒质作为信息的载体为实现无限容量通信提供了可能，以互联网、物联网、普适计算为概念的网络和计算的发展预示着任何时间、任何地点、任何方式通信的萌芽。而前两者的实现将为个性化的通信需求和服务提供基础。

后续的文字将着眼于信息传播的基本流程，构建点对点通信的模型，再由点到面，形成网络，从俯视全程全网的角度，叙述我对通信的理解。在此基础上，展望未来的网络发展。

二、微观的通信模型

1、基本通信模型

概念上讲，通信即信息在空间上的传递，信息的发出者称作信源，信息的接收者称为信宿。中间的传输通道称为信道。信息在空间上的传递一般模型是从信源出发，经过信道，最后达到信宿。如图1所示。

图1. 微观通信的概念模型

2、信息的度量 信息的产生和定量表示的研究得到发展是在香农信息论诞生以后，可以说整个通信的理论和数学基础都建立在此之上，它承载了整个信息社会的理论依据。信息普遍存在，和物质、能量并称为组成客观世界的三个基本要素，但信息的定义、度量以及表示却并非易事。自然语义上的信息是事物之间的差异，抽象的理解是物质与能量在时间和空间分布的不均匀性。这与直观的感觉是一致的，因为从反面来看，如果事物之间不存在差异，即万物大同，也就没有任何描述的必要，甚至不需要语言、不需要符号、不需要理解和感知的存在，也就不会有信息。

信息的度量建立在香农卓越的想法之上，把概率的思想融合到信息的度量中，并且参考了物理世界中热力的描述，引入了信息熵的概念来对信息进行定量表示

()()log ()x

H x p x p x =-∑

概率的引进意在体现事物间的差异性，概率越小则信息量越大。这一思想引入到通信的具体模型中，信息熵度量了信源的平均不确定性或者说随机性，在信源输出信息后，信息熵表示了每个信源符合所提供的平均信息量，信息输出后不确定性就得到解除，熵也可以理解为解除信源不确定性需要的信息量。

3、点对点通信模型

微观的通信即点对点通信。其具体模型可以把图1演绎为图2的具体形式。

图2. 一般点对点通信模型

信源可以按取值的不同分为连续和离散信源，按符号间的依赖关系分为有记忆和无记忆信源。编码器包括信源编码器、信道编码器、调制器，信源编码将信源消息变成符号，提高传输的有效性，故也称压缩编码；信道编码给信源编码增加了符号冗余，提高传输的可靠性。调制器实现将编码器输出的符号变成合适信道传输的信号，提高传输的效率，使得远距离通信成为可能。信道则是信号传输的中间媒介，也有离散信道和连续信道之分，实际中也常分为有线和无线信道，信道的多元化有助于实现通信的多样化，但也为通信技术带来的复杂性的提升。信息在传递过程中也会出现各种不同形式、不同大小的干扰，称为噪声。噪声使信息传递中的可靠性受到损害。噪声是难以避免的、客观存在的。译码器实现与编码器相反的过程，从信号中恢复消

息，译码器对噪声的容忍度和译码的准确度直接影响了通信的质量。信宿是信息传输的终点，是信息的接受者和享用者。

整个通信的基础建立在信息论的基础上，事实上，香农发表的标志性文章名字就叫《通信的数学理论》，标志着信息论的诞生，信息论从理论上给出了信息的度量，无失真编码定理成为了信源无损压缩的理论基础，有噪声编码成为了信道编码的理论基础，而信息率失真理论成为了有损数据压缩的理论基础。

要理解通信的基础技术和理论，需要深刻理解信息论和其衍生的相关理论，在此基础上理解各种具体的编码、调制、同步、复用技术。

三、宏观通信网络

1、网络概述

如果说点对点通信是一个个微观细胞的话，网络就是活生生的宏观个体。将众多个通信系统或者传输系统通过交换系统按一定的拓扑结构组合起来，使网内任何两个用户都能建立联系，就构成了基本的通信网。它可实现话音、数据、多媒体等形式的通信要求。

通信网提供了基本的链路传送信号，链路具有多样性，现有的链路包括各类有线电缆、光纤、微波、卫星链路等等。各类网络的连接中存在物理性质的差异，因而产生了协议，规范通信接口。交换的引入是形成通信网络的关键。通信网的关键作用就是交换、路由和寻址，这是实现全网连接、信息全网互通的基础。

2、网络分类

通信网络是一个庞大的对象，有着多种分类标准。按照网络承载的业务来分，可以分为电话网、数据网、广播电视网、专用网等。按照覆盖范围分，可以分为局域网、城域网、广域网等。从纵向的功能看，通信网一般可以分为接入网、传输网、业务网、信令网和电信管理网等。

网络融合是一大发展趋势。前段时间提得很热门的三网融合虽然因为利益分割的问题而流产，但网络融合的概念将一直延续下去，即使不能实现各种网络的短期内融合，网络的发展也一定是按照集约化和融合化的方向发展。

3、网络结构分层

传统通信系统由传输、交换、终端三大部分组成。其中传输与交换部分组成通信网络，传输部分为网络的链路，交换部分为网络的节点。随着通信技术的发展与用户需求日益多样化，网络类型及所提供的业务种类不断增加和更新，现代通信网经历了诸多变革，形成了复杂的通信网络体系。网络分层结构清晰地描述现代通信网络结构。由于通信网是一个极其复杂的系统，分层研究将给网络分析和优化带来巨大的便利。分层的思想在通信和网络中具有基础性的作用。基本的分层方式有垂直和水平两种。

把OSI 七层模型进行简化，从垂直结构上，从功能上将通信网分为信息应用层、业务网层和接入与传送网层，如图3所示：

1) 应用层：表示各种信息应用与服务种类；

2) 业务网层：表示支持各种信息服务的业务提供手段与装备，它是现代通信网的主体，是向用户提供诸如电话、电报、传真、数据、图像等各种通信业务的网络；

3) 传送网层：网络结传构送手段和基础设施，包括骨干传送网和接入网。

4) 支撑网：用以支持全部三个层面的工作，提供保证通信网有效正常运行的各种控制和管理能力，包括信令网、同步网和电信管理网。

图3. 通信网垂直网络结构

基于用户接入网络实际的物理连接来划分，可以有通信网水平描述。如图4所示。包括：

5) 用户驻地网（CPN ：Customer premises Network ）

6) 接入网（AN ：Access Network ）

7) 核心网（CN ：Core Network ）

其接口包括：

1) UNI （User Network Interface ）：用户网络接口

2) SNI （Service Node Interface ） ：业务节点接口

图4. 通信网水平网络结构

4、通信网性能评价

对通信网的评价可以从以下几方面着手：

1)接通的任意性和快速性；

2)传输的透明性与传输质量的一致性；

3)网路的可靠性与经济合理性。

连通的任意性是评价网络互联度的重要指标，网络传输的透明性和一致性是对服务质量的重要保证，网络的可靠性是网络生存的必要条件，经济合理性是网络建立和运营考虑的首要因素。现代通信技术的巨大进步，大量技术和设备的应用保证了连通的响应度和传输的透明性与一致性。网络设计和管理的新理念使得网络的可靠性也大幅提高。

从技术角度看待通信网，主要解决性能和投入间的均衡问题，即如何优化网络，达到性价比最高。这些是技术工作者所要关注的和解决的基本问题。通信网结构分析主要基于图论及相关理论，性能分析主要基于排队论和其衍生的理论体系。理论分析和仿真具有一定的局限性，因而全网的分析是一件复杂的工作。

作为一个通信人，应该更加全面关注网络建设、运营、维护。

在实际的网络建设中，技术常常不是考虑的关键因素。通信技术发展的大趋势是理论大大超过的实践和布网的发展。建设新的网络需要的技术支持都能具备。例如，大力建设中的3G网络，其技术有了一系列的标准，CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、WiMAX都是成熟的方案。但网络建设之后的运营却成为了3G部署和实现的关键考虑因素。中国移动平均每年投入近千亿建设3G网络，但网络带来的效益却不明显。作为市场化的一个主体，中国移动在3G建设中的理性的或者说公司化的运作方式应该是软升级，从 2.5G软升级到接近3G的水准，不建设大规模3G网络，而是等待4G标准成熟以后直接建设4G网络。从目前TD-LTE的推广情况看，显然3G仅仅是一个过渡产品，其本身在技术发展史上的地位并不会如同 2.5G那么重要。因而技术仅仅是网络部署中考虑的一个方面，更为重要的是经济和合理性的考虑。

四、未来的通信网

通信是一个日新月异的领域，新技术和新思想层出不穷，虽然历史上的对通信未来的展望大多落后于现实，也未必正确，但这是一件十分有趣的事。下面是我对未来通信的一些粗浅的看法。

1、移动通信当主流

贝尔发明电话一百多年来，以交换技术为核心的PSTN一直是电信产业的核心。在大容量程控交换机出现之前，通信容量受限严重。移动通信技术的崛起和发展，使PSTN在电信市场中的地位摇摇欲坠，固话的业务大有被移动业务取代的趋势。

对于个人用户而言，在每个人都拥有手机或者其他终端的情况下，固话的需求已没有多大的需求。固话的存在形式将主要存在于公司、机构和家庭，个人通信的主流

将是移动通信。移动通信方便快捷，不受时空和地域的限制。未来的通信一定是“普适的”，即随时随地不受限限地通信，结合云计算的服务，通信和计算将成为一种生活常态。

从现实的运营和使用来看，中国移动已经遥遥领先其他运营商，手机终端和其移动业务的增长趋势大大超过固话。3G的推广虽然坎坷，4G的时代马上就要到来，长期演进当然不会止步于4G，移动通信的“移动”性将更加突出，而其容量和价格的制约将越来越小，移动终端所能承载的业务也在不断增多，运营的收益点也在增加。这种趋势延续下去的结果将是移动通信将牢牢占据主体。

移动互联网，将成为通信业务增长的新引擎。一是终端的发展，庞大的智能终端将成为推动移动互联网发展的强大动力；二是应用的丰富，在终端硬件性能日益提高的基础上，移动电子商务、移动营销、移动阅读、移动社区将进一步活跃和发展。而运营商凭借其网络、终端和庞大用户群的优势，成为巨大的受益者。

2、通信产业延伸发展

不论采取何种通信技术，建设何种网络，最终的目的还是服务社会，在给社会带来进步和方便的同时，运营者获取当有的回报。传统通信业在中国的发展愈发显示出瓶颈，主要在于业务的单一导致的盈利点的单一，目前的电信业主盈利收入还是来自传统的电信业务——电话业务。虽然各种业务层出不穷，但都未能带来很好的效益。特别是数据网的建设，就如同架设自来水管道，流的水是别人的，收的费用也只是管道费。这也是让运营商头痛的一件事。

运营商将不再蹲伏在通信的最底层，而是跃跃欲试，想要在整个通信产业链中占据更多的空间，延伸到下游产业。由此带来的发展趋势是传统的通信行业将延伸，从网络服务的提供扩展到终端和内容。由此创生出新的盈利点。这一趋势将愈发明显，因为传统的电信业务正受到互联网的巨大冲击，互联网提倡的免费浏览和点击量模式和传统电信的计时收费格格不入，而人们对于免费模式的亲睐也在日渐突出，基于互联网的语音、多媒体等技术已经成熟，虽然可靠性和质量方面略逊于电信网，但其价格优势明显，无疑对传统电信业造成冲击。

3、通信透明化

通信人往往关注通信中的传输和网络规划建设问题，但未来的通信将对底层的通信技术进行抽象和屏蔽，应用和需求将不再关注具体使用了何种技术和标准，而是把通信作为一种手段，看作一条透明的管道，关注的仅仅是管道能都流动的信息量的大小，管道的安全性和可靠性，管道的收费。这也许是运营商不想看到的情况，但未来的信息社会中，传输这一块将是底层的服务，在突出应用的时候需要屏蔽。运营商的出路要么产业延伸“全运营”，要么市场萎缩仅仅提供管道服务。

通信人需要解决的问题或者说提供的服务，将主要是提供宽带、绿色、安全、高效、智能、便捷、低成本的信息和网络服务。网络架构将逐步向云计算方向演进，信息和计算将逐步融合，信息无处不在，通信随时随地，计算无孔不入。

当然，这是一个艰辛的过程，需要通信人去解决许多问题，但这些问题都在逐步解决中。光纤等高速传输媒质的发展，为构建全光网络提供了可能，高速传输已经不是梦想；移动通信技术的演进，为无缝接入网络打下了基础，随时随地连接网络成为现实；终端设备的智能化，应用的多样化，为提供个性化的通信服务提供了实现手段。下一代的网络已经拥有了这样的雏形，具备了开放式分布网络架构，以业务和应用为导向，采用统一协议的分组实现。宽带接入技术，如10GPON无源光网络技术，3G/LTE的百兆无线接入，移动数据分流；城域/骨干承载技术，如100G光通信技术，100G路由器技术，宽带网络交换技术；IP和传输融合的技术、网络加速方案等宽带技术，在历经多年的研究后，其产品和系统现在都已基本成熟，技术将不会是阻碍。通信网络向服务于综合信息业务转型，将有大的发展空间。

五、结束语

三年的通信专业的学习和熏陶，不知不觉中给我们融入了通信人的基本知识体系，思维方式和工作能力。现代通信技术课程引导我们去思考自己的知识积累，思考通信技术的现状和未来，思考通信行业的发展和前景。前述内容总结了我对于通信的基本模型、信息传递的基本方式、通信网络结构与建设的理解，以及对于通信的未来的个人思考。我深知自己的知识体系还不够完善，需要学习、理解以及思考的地方还太多太多，我也相信自己能沿着通信的这条路一直前行，不断思考，努力工作，为通信的事业做出自己的贡献。